DE102005031673A1

DE102005031673A1 - Ignition system for detonation has data bus and logic and control circuit over data line for control and monitoring of ignition levels with which detonator is connected over the line for transmission of ignition signal

Info

Publication number: DE102005031673A1
Application number: DE102005031673A
Authority: DE
Inventors: Andreas Mai; Heinz Dipl.-Ing. Schäfer; Andreas Dipl.-Ing. Zemla; Helmut Dr. Zöllner
Original assignee: DynITEC GmbH
Current assignee: DynITEC GmbH
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2006-03-16

Abstract

The ignition system (100) has a detonator (104) and a protective circuit (105) secures the logic and control circuit (102) for receiving data related to ignition. A data bus (108) and a logic and control circuit over a data line (109) is present for control and monitoring of ignition levels (103) with which detonator is connected over the line (110) for transmission of ignition signal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zündsystem unter Verwendung eines initialsprengstofffreien Detonators, der elektronisch gesteuert wird. Die initialsprengstofffreien Zündsysteme werden in folgenden Bereichen und bei folgenden Anwendungen eingesetzt: in der Militärtechnik in Gefechtsköpfen, Raketen, Austreibgeneratoren und Sprengzündern; bei Gewinnungssprengungen und im Tunnelbau in Sprengzündern sowie in elektronischen Sprengzündern und bei der Erdölexploration in hochtemperaturstabilen Sprengzündern und elektronischen Sprengzündern.The The invention relates to an ignition system using an initial explosive-free detonator, the electronically controlled. The initial explosive-free ignition systems are used in the following areas and applications: in military technology in warheads, Rockets, power generators and detonators; during mining operations and in tunneling in detonators as well as in electronic detonators and in oil exploration in high-temperature stable detonators and electronic detonators.

Bekannte Zündsysteme haben nach dem Stand der Technik als wesentliches Merkmal in der Regel ein Primärelement und immer zwei unterschiedliche Explosivstoffladungen, die Primär- und die Sekundärladung. Der wesentlich empfindlichere Primärsprengstoff oder Initialsprengstoff wird durch das Primärelement, beispielsweise eine Anzündpille, initiiert. Der Primärsprengstoff wiederum zündet den unempfindlichen Sekundärsprengstoff. Wegen der Empfindlichkeit der Primärsprengstoffe sind erhöhte Sicherheitsvorkehrungen bei der Fertigung, beim Transport, bei der Lagerung und bei der Handhabung erforderlich, was kostenaufwändig und nachteilig ist. Bei den bekannten elektronischen Zündsystemen werden zusätzlich Schutzfunktionen wie Überspannungsschutz, Begrenzerstrukturen, Filtereigenschaften und/oder Steuerungsfunktionen wie Zünderadresszuordnungen, Entsicherungscode und Einstellung der Verzögerungszeiten, vorzugsweise mit Hilfe einer aus elektronischen Bauteilen bestehenden Schaltung, realisiert. Die Funktionszuverlässigkeit der Schaltung und ihre Sicherheit gegen Störungen, beispielsweise durch Hochfrequenz oder Streuspannung, sind die wichtigsten Qualitätskriterien. Diese Technologie hat bei Extremsituationen allerdings Nachteile, die zu Sicherheits- und Zuverlässigkeitsproblemen führen können.Known ignition systems have the state of the art as an essential feature in the rule a primary element and always two different explosive charges, the primary and the Secondary charge. The much more sensitive primary explosive or initial explosive is determined by the primary element, For example, a primer, initiated. The primary explosive in turn ignites the insensitive secondary explosive. Because of the sensitivity of the primary explosives are increased safety precautions during production, during transport, during storage and during Handling required, which is expensive and disadvantageous. at become the known electronic ignition systems additionally Protective functions such as overvoltage protection, Limiter structures, filter properties and / or control functions like igniter address assignments, Unlocking code and setting of the delay times, preferably by means of a circuit consisting of electronic components, realized. The functional reliability of Circuit and its security against interference, for example by High frequency or stray voltage are the most important quality criteria. However, this technology has disadvantages in extreme situations, the security and reliability issues to lead can.

Folgende Beispiele sind als Extremsituationen zu verstehen: Hochfrequenzbelastungen im unmittelbaren Umfeld von Sende- und Radaranlagen, wie auf sie Militärschiffen oder Bohrinseln auftreten können, oder Streuspannungen wie sie im Bereich von Hochspannungsleitungen, auf Militärschiffen oder auf Bohrinseln vorhanden sind. Insbesondere auf Schiffen und auf Bohrinseln besteht die Gefahr, dass es in unmittelbarer Sendernähe aufgrund der eingekoppelten hochfrequenten Energie oder in der Nähe von Hochspannungsleitungen durch Streuspannungen zur "Zündung zur Unzeit" kommt. Deshalb bestehen Vorschriften, die den Umgang mit Sprengmitteln bei Sendebetrieb und im Bereich von Hochspannungsanlagen untersagen.The following Examples are to be understood as extreme situations: high-frequency loads in the immediate vicinity of transmitting and radar equipment, like on them Military ships or drilling rigs can occur, or stray voltages such as those in the area of high voltage power lines, on military ships or are available on oil rigs. Especially on ships and on There is a risk of drilling rigs near the transmitter due to coupled high frequency energy or near high voltage power lines by stray voltages to the "ignition to Unzeit "comes. Therefore There are regulations governing the handling of explosives during transmission and prohibit in the area of high-voltage installations.

Initialsprengstofffreie Detonatoren wie EBW-Detonatoren (Exploding-Bridge-Wire) und EFI (Exploding-Foil-Initiator) werden in sicherheitsrelevanten oder in teueren Systemen wie beispielsweise Trägerraketen oder Satelliten verwendet. Diese Detonatoren bieten eine hohe Sicherheit gegen ungewollte Zündung, da die Zündempfindlichkeit sehr hoch ist. Nachteilig ist die aufwendige Steuerungstechnologie und der komplexe Aufbau dieser Detonatoren. Bei der Verwendung von EFI ist darauf zu achten, dass die Leitungsführung sehr niederohmig sein muss und der Zündkreis niederinduktiv gehalten werden muss. Der elektrische Schalter, der die Zündspannung durchschaltet, muss leistungsstark und sehr schnell sein. Bedingt durch diese konstruktiven Forderungen sind die Kosten der Detonatoren und der zugehörigen Zündsysteme entsprechend hoch.Initiating explosive Free Detonators such as EBW detonators (Exploding-Bridge-Wire) and EFI (Exploding-Foil-Initiator) are used in safety-relevant or expensive systems such as launcher or satellites used. These detonators offer a high level of security against unwanted ignition, because the Zündempfindlichkeit is very high. A disadvantage is the complex control technology and the complex structure of these detonators. When using EFI must ensure that the cable routing must be very low-impedance and the ignition circuit must be held low inductively. The electric switch, the the ignition voltage turns on, must be powerful and very fast. conditioned These constructive requirements are the cost of the detonators and the associated ignition systems correspondingly high.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, initialsprengstofffreie Zündsysteme in Aufbau und Leitungsführung zu vereinfachen sowie stör- und ausfallsicherer zu machen.task It is the object of the present invention to provide initial explosive free ignition systems in construction and routing simplify and eliminate disruptive and fail-safe.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch das erfindungsgemäße, initialsprengstofffreie Zündsystem, dessen Aufbau in einem Blockschaltbild gemäß 1 verdeutlicht wird.The object is achieved by the inventive, initial explosive-free ignition system whose structure in a block diagram according to 1 is clarified.

Das erfindungsgemäße initialsprengstofffreie Zündsystem 100 enthält einen initialsprengstofffreien Detonator 104. Es können sowohl Sekundärexplosivstoffe wie beispielsweise Oktogen (HMX), Hexogen (RDX), Hexanitrostilben (HNS), Nitropenta (PETN) oder auch insensitive Explosivsoffe wie beispielsweise NIGU, NTO oder Derivate verwendet werden.The inventive initial explosive-free ignition system 100 contains an initial explosive-free detonator 104 , Secondary explosives such as octogen (HMX), hexogen (RDX), hexanitrostilbene (HNS), nitropenta (PETN) or insensitive explosives such as NIGU, NTO or derivatives can be used.

Die dem Detonator vorgeschaltete Elektronik besteht aus der Logik- und Steuerschaltung 102, der Zündendstufe 103 und einer elektronischen Schutzschaltung 105. Die Logik- und Steuerschaltung 102 ist mit der Zündendstufe 103 über eine Datenleitung 109 für Kontroll- und Prüfzwecke verbunden. Mit dieser Datenleitung kann z.B. die Ladespannung des Zündkondensators überwacht werden. Das Zündsignal für den Detonator 104 wird von der Zündendstufe 103 über die Leitung 110 übertragen.The detonator upstream electronics consists of the logic and control circuit 102 , the ignition output stage 103 and an electronic protection circuit 105 , The logic and control circuit 102 is with the ignition output stage 103 via a data line 109 connected for control and testing purposes. With this data line, for example, the charging voltage of the ignition capacitor can be monitored. The ignition signal for the detonator 104 is from the ignition output stage 103 over the line 110 transfer.

Zur Ansteuerung der Logik- und Steuerschaltung 102 über den Datenbus 108 werden nur Datenprotokolle oder Trigger verwendet, die niederenergetisch sind. Die angelegte Betriebsspannung liegt deutlich unter der einstellbaren Nofire-Schwelle des initialsprengstofffreien Detonators 104. Die Logik- und Steuerschaltung 102 dekodiert das Datenprotokoll und steuert und überwacht die Zündendstufe 103. Das Datenprotokoll besteht aus einer Pulsfolge, die von einem übergeordneten Gerät erzeugt wird. Übergeordnete Geräte sind im militärischen Bereich Zünder und Zündsicherungsvorrichtungen, Programmier- und Abfeuerungsgeräte und bei Sprengzündern Prüf- und Programmiergeräte.For controlling the logic and control circuit 102 over the data bus 108 Only data logs or triggers that are low-energy are used. The applied operating voltage is well below the adjustable Nofire threshold of the initial explosive-free detonator 104 , The logic and control circuit 102 decodes the data protocol and controls and monitors the ignition output stage 103 , The data protocol consists of a pulse train generated by a higher-level device. Superordinate devices are in the military field detonators and ignition safety devices, programming and firing devices and detonators testing and programming devices.

Als zusätzliche Funktionen können in der Logik- und Steuerschaltung 102 so genannte Zünderadressen oder/und Funktionsprioritäten in einem Speicher, beispielsweise EEPROM, hinterlegt werden. Diese Vorgehensweise ist vorteilhaft, wenn bestimmte zeitliche Abläufe an mehreren Stellen/Orten vorgegeben sind und ist dann besonders vorteilhaft, wenn das initialsprengstofffreie Zündsystem 1, beispielsweise als Sprengkapsel, erst kurz vor ihrem Einsatz programmiert wird.As additional functions can be used in the logic and control circuit 102 So-called igniter addresses and / or function priorities in a memory, such as EEPROM, deposited. This procedure is advantageous if certain temporal sequences are predetermined at several points / locations and is then particularly advantageous if the initial explosive-free ignition system 1 , for example as a detonator, is programmed shortly before use.

Soll das initialsprengstofffreie Zündsystem 100 nur für einen bestimmten Einsatz vorgesehen sein, für den eine festliegende Programmierung vorgesehen ist, ist es vorteilhaft, wenn für jede Zünderadresse eigens eine voreingestelltes Zündsystem vorgesehen ist. Bei dieser kann dann die jeweilige Zünderadresse in Form eines bereits vorgegebenen Leiterbahnmusters, insbesondere als vorgegebenen Widerstand, auf der Platine der Logik- und Steuerschaltung 102 angeordnet sein, wie es aus der DE 19930904 A1 bekannt ist. Dadurch wird das herkömmliche, aufwendige Durchtrennen bestimmter Leiterbahnen (Codierung) auf einem so genannten Programmierfeld auf einer für alle Zündzeitstufen gemeinsam gefertigten Leiterplatte vermieden. Die entsprechende Zünderadresse kann in Weiterbildung der Erfindung bereits durch eine auf der Leiterplatte angeordnete Kennzeichnung, beispielsweise durch eine die Zünderadresse bezeichnende Nummer, kenntlich gemacht sein. Dadurch wird der Zusammenbau des initialsprengstofffreien Zündsystems vereinfacht und Verwechslungen unterschiedlicher Zünderadressen werden vermieden.Should the initial explosive-free ignition system 100 be provided only for a particular use, for which a fixed programming is provided, it is advantageous if a default ignition system is specifically provided for each igniter address. In this case, then the respective igniter address in the form of an already predetermined conductor pattern, in particular as a predetermined resistance, on the board of the logic and control circuit 102 be arranged as it is from the DE 19930904 A1 is known. As a result, the conventional, complicated severing of certain printed conductors (coding) on a so-called programming field on a printed circuit board manufactured jointly for all ignition stages is avoided. The corresponding igniter address can already be identified in a further development of the invention by a marking arranged on the printed circuit board, for example by a number designating the igniter address. This simplifies the assembly of the initial explosive-free ignition system and prevents mix-ups of different igniter addresses.

Die Zündendstufe 103 ist vorzugsweise eine Kondensator-Entladungs-Zündendstufe, bei der ein zuvor aufgeladener Zündkondensator mittels eines Schalters über den initialsprengstofffreien Detonator 104 entladen wird. Die Zündendstufe 103 besteht im Wesentlichen aus Spannungswandler, Spannungskontrolle, Kondensator und Schalter. Als Schalter wird vorzugsweise ein Thyristor verwendet, es sind ebenso alle anderen Halbleiterschalter und mechanischen Schalter verwendbar.The ignition output stage 103 is preferably a capacitor-discharge ignition output stage, in which a previously charged ignition capacitor by means of a switch via the initial explosive-free detonator 104 unloaded. The ignition output stage 103 consists essentially of voltage transformer, voltage control, capacitor and switch. As a switch, a thyristor is preferably used, all other semiconductor switches and mechanical switches are also used.

Ein DC/DC-Wandler generiert die zum Zünden erforderliche Allfire-Spannung und speichert die Energie in einem Kondensator. Ist der Kondensator der Zündendstufe 103 aufgeladen, so kann die Auslösung bei militärischer Anwendung vorzugshalber durch einen externen Trigger, der mittels Sensorik (Abstand, Bodenaufschlag, Laufzeit) generiert wird, erfolgen. Bei Sprengzündern im zivilen Bereich ist ein Datenprotokoll zu bevorzugen, das vom Zündgerät erzeugt wird. Die Zündendstufe wird auf die Zündbedingungen des initialsprengstofffreien Detonators angepasst. Die Zündempfindlichkeit wird durch die Vorgaben an den initialsprengstofffreien Detonator bestimmt und kann zwischen 50V und etwa 2000V eingestellt werden.A DC / DC converter generates the Allfire voltage required for ignition and stores the energy in a capacitor. Is the capacitor of the ignition output stage 103 In the case of military use, the triggering can preferably take place by means of an external trigger, which is generated by means of sensors (distance, ground impact, running time). In the case of detonators in the civilian area, a data protocol generated by the ignitor is to be preferred. The ignition output stage is adapted to the ignition conditions of the initial explosive-free detonator. The sensitivity to ignition is determined by the specifications of the initial explosive-free detonator and can be set between 50V and about 2000V.

Die Schutzschaltung 105 stellt sicher, dass unzulässige Spannungen und Ströme sowie elektromagnetische und elektrostatische Störungen nicht die Logik- und Steuerschaltung 102 beeinflusst, die dann zur Initiierung des Detonators 104 führen könnte. Die Schutzschaltung 105 kann mit der Logik- und Steuerschaltung 102 in einem Bauteil, z.B. einem ASIC, untergebracht sein oder vorzugsweise diskret, d.h. mit separaten Bauteilen wie Varistoren, Ferritfilter, Kondensatoren, Widerstände, Schmelzsicherungen, Dioden und Funkenstrecken, vor der Logik- und Steuerschaltung 102 untergebracht sein.The protection circuit 105 Ensures that inadmissible voltages and currents as well as electromagnetic and electrostatic disturbances are not the logic and control circuit 102 which then influences the initiation of the detonator 104 could lead. The protection circuit 105 can with the logic and control circuit 102 be housed in a component, such as an ASIC, or preferably discretely, ie with separate components such as varistors, ferrite filters, capacitors, resistors, fuses, diodes and spark gaps, before the logic and control circuit 102 be housed.

Eine Schnittstelle 106 des Zündsystems 100 ist ein Datenbus 108, der zur Spannungsversorgung 107 des Zündsystems und zur Informationsübertragung an die Logik- und Steuerschaltung 102 dient. Als Spannungsversorgung wird vorzugsweise eine Spannung gewählt, die weit unterhalb der Nofire-Schwelle des Detonators liegt aber ausreicht um die Logik- und Steuerschaltung zu betreiben.An interface 106 of the ignition system 100 is a data bus 108 that to the power supply 107 the ignition system and for transmitting information to the logic and control circuit 102 serves. As a voltage supply, a voltage is selected which is far below the Nofire threshold of the detonator but sufficient to operate the logic and control circuit.

Der erfindungsgemäße Detonator unterscheidet sich von den Detonatoren, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, durch das Initiierungselement und die Ladung, die aus insensitiven Explosivstoffen und/oder Sekundärexplosivstoffen besteht.Of the Detonator according to the invention is different from the detonators that are state of the art are known by the initiating element and the charge, the consists of insensitive explosives and / or secondary explosives.

Die Zündempfindlichkeit des erfindungsgemäßen Detonators wird durch drei Parameter beeinflusst: durch das Initiierungselement, den Explosivstoff und die Konstruktion des Detonators.The ignitablity the detonator according to the invention is influenced by three parameters: the initiating element, the explosive and the construction of the detonator.

Die wichtigsten Einflussgrößen des Initiierungselementes sind der Werkstoff, die Fläche und die Dicke der Leiterbahn sowie ihre geometrische Gestaltung. Das Initiierungselement kann eine Unterbrechung in Form eines Spalts definierter Breite zur Herstellung eines kapazitiven Widerstands aufweisen. Dadurch ist die Zündempfindlichkeit beeinflussbar und die Zündverzugszeiten können erheblich verkürzt werden.The most important influencing factors of the Initiierungselementes are the material, the area and the thickness of the conductor track as well as her geometric design. The initiating element can an interruption in the form of a gap defined width for the production have a capacitive resistance. This is the sensitivity to ignition influenced and the Zündverzugszeiten can considerably shortened become.

Art und Typ, die Kristallform, das Herstellverfahren, die Korngröße und die Ladungsdichte sowie Anzahl, Durchmesser und Höhe der Explosivstofflagen sind die Eigenschaften des Explosivstoffs, die die Zündempfindlichkeit beeinflussen.kind and type, the crystal form, the production method, the grain size and the Charge density and number, diameter and height of the explosive layers are the properties of the explosive that affect ignitability.

Das Gehäuse des Detonators beeinflusst durch seine Wandstärke und die Festigkeit des Werkstoffs (Verdämmung) die Zündempfindlichkeit.The housing of the detonator influenced by its wall thickness and the strength of the work stoffs (damming) the Zünderspfindlichkeit.

Zwischen den vorgenannten Parametern und Einflussgrößen treten außerdem Wechselwirkungen auf, die zu berücksichtigen sind.Between the aforementioned parameters and factors also interact to take that into account are.

Durch eine geeignete Abstimmung der vorgenannten Parameter für Initiierungselement, Explosivstoff und Detonatorkonstruktion lassen sich Zündempfindlichkeiten von 50V bis mehr als 2000V herstellen. Vorzugsweise sind in übergeordneten sicherheitsrelevanten Systemen, wie z.B. Sprengzündern im Ölfeldbereich oder bei militärischen Zündsystemen, Detonatoren zu verwenden, die eine Nofire- Spannung von mehr als 500V aufweisen.By a suitable coordination of the aforementioned parameters for the initiating element, Explosive and detonator construction can be detonation sensitivities from 50V to more than 2000V. Preferably are in parent safety-related systems, such as Explosive detonators in the oil field or military ignition systems, Use detonators that have a Nofire voltage greater than 500V.

Das Initiierungselement 111 des Detonators 104 ist Teil eines Zündelements, das anhand eines Ausführungsbeispiels in den 2 und 3 dargestellt ist, wobei 2 eine Aufsicht auf das Zündelement und 3 einen Schnitt durch das Zündelement nach 2, entsprechend dem dort eingezeichneten Schnittverlauf II – II, zeigt.The initiating element 111 of the detonator 104 is part of a firing element, which is based on an embodiment in the 2 and 3 is shown, wherein 2 a plan view of the ignition element and 3 a section through the ignition after 2 , according to the sectioning II - II shown there.

Das Zündelement 1 besteht aus einer Scheibe aus keramischem Werkstoff als Polkörper 2, auf dem das Initiierungselement 3 aufgebracht ist. Das Initiierungselement 3 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer dünnen Schicht aus einem leitfähigem Werkstoff in Form einer Leiterbahn, die auf einem Polkörper 2, einem Substrat aus einem nicht leitenden Werkstoff, direkt aufgebracht ist, wie er in der Elektrotechnik als Isolierstoff in der Form von Glas, nicht leitender Keramik, Porzellane oder Isolierstoffplatten, beispielsweise Epoxidharzplatinen, Verwendung findet. Die Leiterbahn kann unterschiedliche Geometrien aufweisen und aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.The ignition element 1 consists of a disc of ceramic material as a polar body 2 on which the initiating element 3 is applied. The initiating element 3 consists in the present embodiment of a thin layer of a conductive material in the form of a conductor track on a pole body 2 , a substrate made of a non-conductive material, is applied directly, as used in electrical engineering as insulating material in the form of glass, non-conductive ceramic, porcelain or insulating boards, such as epoxy boards, use. The conductor track can have different geometries and consist of different materials.

Die Leiterbahn 3 weist im vorliegenden Fall senkrecht zu ihrem Verlauf eine Unterbrechung 4 auf. Die Initiierung erfolgt bei diesem Zündelement also nicht in herkömmlicher Weise durch eine Widerstandserwärmung einer Leiterbahn, sondern durch eine kapazitive Entladung, die sich durch ihre Intensität und Kurzzeitigkeit auszeichnet. Die Zuleitung zum Initiierungselement 3 erfolgt mittels zweier Drähte 5 und 6, die durch Bohrungen 7 bzw. 8 in dem Polkörper 2 hindurchgeführt sind und an den Stellen 9 bzw. 10 mit dem Initiierungselement 3 durch Lötstellen verbunden sind.The conductor track 3 in the present case has an interruption perpendicular to its course 4 on. The initiation does not take place in this ignition element in a conventional manner by a resistance heating of a conductor, but by a capacitive discharge, which is characterized by its intensity and short-term. The supply line to the initiating element 3 done by means of two wires 5 and 6 through holes 7 respectively. 8th in the polar body 2 are passed and in the places 9 respectively. 10 with the initiating element 3 are connected by solder joints.

Die Leiterbahn besteht aus Metallen oder Metalllegierungen oder Metallverbindungen oder Oxiden wie Kupfer, Nickel oder Legierungen wie Wolfram, CrNi, CrSiAl, CuNiMn, FeNi, CuNiSn, Oxide. Sie können durch Aufdampfen, Sputtern, Zerstäuben, Diffundieren oder Galvanisieren aufgetragen werden, wobei die Schichtdicke unter 35 μm liegt.The Track is made of metals or metal alloys or metal compounds or oxides such as copper, nickel or alloys such as tungsten, CrNi, CrSiAl, CuNiMn, FeNi, CuNiSn, oxides. You can by vapor deposition, sputtering, Atomize, Diffusing or plating are applied, the layer thickness less than 35 microns.

Das Initiierungselement kann auch aus Metallstrukturen wie Widerstandspasten bestehen, beispielsweise als Palladiummixtur. In der Regel wird sie im Siebdruckverfahren aufgetragen. Hierbei liegt die Schichtdicke unter 500 μm. Die Metallstruktur kann anschließend getempert werden.The Initiating element may also be made of metal structures such as resistor pastes exist, for example as a palladium mixture. Usually will she applied by screen printing. This is the layer thickness below 500 μm. The metal structure can then be tempered.

Der Widerstand des Initiierungselements und damit seine Zündempfindlichkeit wird durch die Werkstoffzusammensetzung, durch die Fläche und Geometrie der Leiterbahn, die Dicke der leitenden Schicht, durch ihre geometrische Gestaltung sowie durch eine Kombination dieser Merkmale definiert. Je kleiner die Leiterbahnfläche, um so empfindlicher wird der Detonator.Of the Resistance of the initiating element and thus its Zündempfindlichkeit is determined by the material composition, by the area and geometry the conductor track, the thickness of the conductive layer, by its geometric Design as defined by a combination of these features. The smaller the track area, the more sensitive the detonator becomes.

Zur Erreichung von Langzeitstabilität ist es denkbar, das Initiierungselement mit Glas oder Schutzlack zu versehen.to Achieving long-term stability it is conceivable, the initiating element with glass or protective lacquer to provide.

Das Initiierungselement kann auch extern als Bauelement gefertigt und dann auf dem Polkörper aufgebracht werden. Weiterhin ist eine einpolige Ausführung realisierbar, bei der ein Pol auf das Gehäuse des Detonators gelegt wird.The Initiation element can also be manufactured externally as a component and then applied to the polar body become. Furthermore, a single-pole design can be realized in the a pole on the case of the Detonators is placed.

Nachfolgend wird der Aufbau des erfindungsgemäßen Detonators, dessen schaltbildmäßige Darstellung in 1 mit 4 bezeichnet ist, entsprechend eines Ausführungsbeispiels nach 4 beschrieben.Hereinafter, the structure of the detonator according to the invention, whose circuit diagram representation in 1 With 4 is designated, according to an embodiment according to 4 described.

Der Detonator 20, im Schnitt dargestellt, hat ein die Ladungskammer 21 umschließendes Ladungsgehäuse 22, bestehend aus einer Innenhülse 23 und einer diese umschließenden Außenhülse 24. Beide Hülsen bestehen vorzugsweise aus hochfestem Stahl. In die Innenhülse 23 ist der Polkörper 2 mit dem Initiierungselement 3 (entsprechend 1 mit 11 bezeichnet) eingesetzt, deren Aufbau in den 2 und 3 beschrieben worden ist. Durch die Abdichtungsmasse 25 führen die beiden Anschlüsse 5 und 6.The detonator 20 , shown in section, has a charge chamber 21 enclosing cargo housing 22 , consisting of an inner sleeve 23 and a surrounding outer sleeve 24 , Both sleeves are preferably made of high strength steel. In the inner sleeve 23 is the polar body 2 with the initiating element 3 (corresponding 1 With 11 designated), whose structure in the 2 and 3 has been described. Through the sealing compound 25 lead the two connections 5 and 6 ,

Das Initiierungselement 3 ist mit einer oder mehreren Lagen insensitiven Explosivstoffen und/oder Sekundärexplosivstoffen 26 bedeckt, der mittels Pressen verdichtet worden ist. Die Ladedichte sollte so groß wie möglich gewählt werden und insbesondere im Bereich des Initiierungselements den höchstmöglich erzeugbaren Wert erreichen, was die Initiierung begünstigt. Über die beschriebene Anordnung wird die Außenhülse 24 geschoben, die mit der geladenen Innenhülse 23 zu dem fertigen Detonator verbunden wird. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung durch Laserschweißung 27. Diese Verbindung zwischen Innen- und Außenhülse kann auch formschlüssig, beispielsweise mittels Gewinde, oder durch Bördeln oder stoffschlüssig, beispielsweise neben Schweißen, durch Kleben erfolgen. Die Verbindung 27 muss eine solche Festigkeit aufweisen, dass die Verdämmung ausreichend ist, um bei bestimmungsgemäßer Zufuhr der elektrischen Energie die Einleitung der Detonation sicherzustellen.The initiating element 3 is one or more layers of insensitive explosives and / or secondary explosives 26 covered, which has been compacted by pressing. The loading density should be as large as possible and, in particular in the region of the initiating element, reach the highest possible value, which promotes initiation. About the described arrangement is the outer sleeve 24 pushed with the loaded inner sleeve 23 connected to the finished detonator. Preferably, the connection is made by laser welding 27 , This connection between the inner and outer sleeves can also be positively, for example by means of thread, or by crimping or cohesively, for example, in addition to welding, done by gluing. The verbin dung 27 must have such a strength that the damming is sufficient to ensure the initiation of detonation when the electrical energy is supplied as intended.

Durch eine Materialreduzierung der stirnseitigen Wand der Außenhülse 24, beispielsweise durch eine Kerbe 28 oder eine generelle Reduzierung der Wandstärke, wird sichergestellt, dass bei eingeleiteter Detonation eine Vorzugsrichtung zur Detonationsübertragung auf nachgeschaltete Zündmittel gewährleistet ist.By reducing the material of the front wall of the outer sleeve 24 for example by a notch 28 or a general reduction of the wall thickness, it is ensured that, when detonation is initiated, a preferred direction for detonation transmission to downstream ignition means is ensured.

Eine Abstimmung zwischen Initiierungselement Detonator und Explosivstoff ist immer erforderlich. Detonatoren gleicher Bauart mit unterschiedlichen Explosivstoffen und identischen Ladeparametern können unterschiedliche Zündempfindlichkeiten aufweisen.A Coordination between initiator detonator and explosive is always required. Detonators of the same design with different Explosives and identical charging parameters can have different ignition sensitivities.

Ein Detonator der beschriebenen Bauart wird durch Anlegen einer Spannung, vorzugsweise mittels Kondensatorentladung, gezündet. Die Funktion ist nicht vergleichbar mit dem herkömmlichen Verfahren der Stromzündung, wie es durch die elektrischen Zünd- und Anzündmittel bekannt ist. Durch schnelle Zuführung der elektrischen Energie wird das Initiierungselement zerstört und es kommt aufgrund des freigesetzten, kurzen Energieimpulses zu einer Initiierung der ersten Explosivstoffladung. Die beschriebene Initiierung führt vorteilhaft zu einer Detonationsübertragung auf nachgeschaltete Ladungen, wenn der Detonator einen wie in 4 beschriebenen Aufbau aufweist. Das Gehäuse des Detonators muss während der Zündeinleitung dem Druckaufbau bis zur Initiierung des Explosivstoffs standhalten. Die stirnseitige Wand der Außenhülse des Detonators ist in der Stärke so zu dimensionieren, dass eine Sollbruchstelle entsteht oder es wird durch Schwächung des Materials gezielt eine Sollbruchstelle hergestellt, die eine Vorzugsrichtung freigibt zur Detonationsübertragung auf nachgeschaltete Ladungen.A detonator of the type described is ignited by applying a voltage, preferably by means of capacitor discharge. The function is not comparable to the conventional method of current ignition, as it is known by the electrical ignition and igniter. By rapid supply of electrical energy, the initiating element is destroyed and it comes due to the released, short energy pulse to initiate the first explosive charge. The described initiation leads advantageously to a detonation transfer to downstream charges when the detonator has a detonator as in 4 has described structure. The housing of the detonator must be able to withstand the pressure build-up during ignition initiation until the explosive is initiated. The frontal wall of the outer sleeve of the detonator is to be dimensioned in strength so that a predetermined breaking point is created or it is produced by weakening of the material targeted a predetermined breaking point, which releases a preferred direction for detonation transfer to downstream charges.

Der erfindungsgemäße Detonator hat den Vorteil, dass er unempfindlich ist gegen Streuspannung und Hochfrequenz. Die in einem Fehlerfall eingekoppelte Energie liegt in der Regel unter der Nofire-Spannung und reicht zu einer Zündung nicht aus. Sie wird in Wärme umgesetzt und führt im Extremfall zur Zerstörung des Initiierungselements, ohne dass der Explosivstoff initiiert wird.Of the Detonator according to the invention has the advantage that it is insensitive to stray voltage and High frequency. The coupled in an error case energy is usually under the Nofire voltage and does not suffice for ignition out. She gets into heat implemented and leads in extreme cases, to destruction of the initiating element without the explosive being initiated becomes.

Ein wesentlicher Vorteil des beschriebenen initialsprengstofffreien Detonators besteht darin, dass für seine Zündung keine besonderen Anforderungen an den Zündkreis zu stellen sind. Im Gegensatz zu anderen initialsprengstofffreien Detonatoren, die auf dem Prinzip der Draht- oder der Folienexplosion beruhen, müssen schaltungstechnische Besonderheiten nicht berücksichtigt werden. Beispielsweise ist bei EFI der Zündkreis niederinduktiv und niederohmig auszulegen und zur Durchschaltung des Zündimpulses ist ein schnelles und leistungsfähiges Schaltelement zu verwenden. Bei Anwendung der vorliegenden Erfindung können elektronische Standardbauteile benutzt werden, die Zündleitungen bedürfen keiner besonderen Niederinduktivität.One significant advantage of the described initial explosive-free Detonators is that for his ignition There are no special requirements for the ignition circuit. in the Unlike other initial explosive free detonators, the on are based on the principle of wire or foil explosion, must circuit technology Special features not considered become. For example, with EFI the ignition circuit is low-inductance and interpreted low impedance and for switching through the ignition pulse is a fast and powerful switching element to use. When applying the present invention, electronic Standard components are used, the ignition cables need none special low inductance.

Claims

Ignition system ( 100 ), which is intrinsically safe, high-frequency safe and stray voltage-proof, consisting of an initial explosive-free detonator ( 104 ; 20 ), whose charge housing ( 22 ) contains only insensitive explosives and / or secondary explosives, one by a protective circuit ( 105 ) secured logic and control circuit ( 102 ) for receiving ignition-relevant data via a data bus ( 108 ) and one with the logic and control circuit ( 102 ) via a data line ( 109 ) ignition control connected to the control and monitoring ( 103 ), with which the detonator ( 104 ) over the line ( 110 ) is connected to transmit the ignition signal.

Ignition system according to claim 1, characterized in that the detonator ( 104 ; 20 ) an initiation element ( 3 ; 111 ), which is electrically ignitable, wherein the initiating element ( 3 ; 111 ) from a on a polar body ( 2 ) with connecting cables ( 5 . 6 ) is applied to the initiating element thin layer of a conductive material in the form of a conductor track, and in coordination with current and voltage, the resistance is chosen so that the energy released during ignition to initiate the charge of the detonator ( 104 ; 20 ) leads.

Ignition system according to claim 2, characterized in that the initiating element ( 3 ; 111 ) of the detonator ( 104 ; 20 ) by screen printing directly on the polar body ( 2 ) is applied and that the layer thickness is less than 500 microns.

Ignition system according to claim 2, characterized in that the initiating element ( 3 ; 111 ) of the detonator ( 104 ; 20 ) in sputtering technology directly on the polar body ( 2 ) is applied and that the layer thickness is less than 35 microns.

Ignition system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the initiating element ( 3 ; 111 ) is protected by a coating of glass or protective lacquer against aging effects.

Ignition system according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the resistance of the initiating element ( 3 ; 111 ) and thus its Zündempenslichkeit by the material composition, by the surface and the geometric Gestal tion of the conductive layer, the thickness of the conductive layer and is defined by a combination of these features.

ignition system according to claim 1, characterized in that the initiating element the detonator is an external device connected to the connecting leads of the polar body is contacted.

Ignition system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the explosive of the charge ( 26 ) directly with the initiating element ( 3 ; 111 ) is in contact and that at least the directly on the initiation element resting explosive ( 26 ) has a maximum possible charge density matched to the explosive.

Ignition system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the explosive is preferably in several compacted layers ( 26 ) in the cargo housing ( 22 ) is introduced.

Ignition system according to one of claims 1 to 9, characterized in that the Zündempfindlichkeit the detonator ( 104 ; 20 ) is adjustable to the desired ignition sensitivity by the following parameters: the electrical parameters of the initiating element ( 3 ; 111 ), due to material, area and geometric design of the conductive layer, the thickness of the conductive layer, by their design or by a combination of these features; by interrupting the conductive layer to initiate a capacitor discharge; by chemical parameters, due to the type / type of insensitive explosives and / or secondary explosives ( 26 ); by physical parameters, due to grain size and densification of insensitive explosives and / or secondary explosives ( 26 ) as well as the type of detonation of the detonator ( 104 ; 20 ) and a combination of the listed parameters.

Ignition system according to one of claims 1 to 10, characterized in that the housing ( 22 ) of the detonator ( 20 ) is loadable to a pressure which corresponds at least to the pressure required to initiate the explosive.

Ignition system according to one of claims 1 to 11, characterized in that the charge housing ( 22 ) of the detonator ( 20 ) of two sleeves, the inner sleeve ( 23 ) and the outer sleeve ( 24 ) and that the outer sleeve ( 24 ) is thinner on the face or a predetermined breaking point ( 28 ) and that this reduction in the wall thickness upon initiation of detonation of the explosive ( 26 ) releases a preferred direction for initiating downstream booster charges.

Ignition system according to one of Claims 1 to 12, characterized in that the logic and control circuit ( 102 ) can be controlled by data protocols or triggers.

Ignition system according to claim 13, characterized in that for controlling the logic and control circuit ( 102 ) data logs or triggers are low-energy.

ignition system according to one of the claims 13 or 14, characterized in that the data log a pulse train is generated by a higher-level device is and that as a parent View devices are especially in the military Area detonator and ignition safety devices, Programming and firing devices, and in extraction blasting, in tunneling and in the oil field area Programming and Ignitors for detonators.

Ignition system according to one of claims 1 to 15, characterized in that the ignition output stage ( 103 A capacitor discharge ignition output stage is that it has a DC / DC converter for generating the voltage required for ignition and a capacitor for storing this voltage.

Ignition system according to claim 16, characterized in that for discharging the capacitor of the ignition output stage ( 103 ) over the detonator ( 104 ; 20 ) is preferably provided an electrical semiconductor switch.

ignition system according to claim 17, characterized in that for triggering the Switch, an external trigger is provided by means of sensors or Generable with a programming and ignition device is.

Ignition system according to one of Claims 1 to 18, characterized in that in the logic and control circuit ( 102 ) a memory for the storage of detonator addresses and / or function priorities is provided.

ignition system according to claim 19, characterized in that the memory is a EEPROM is.